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Schaltung zur Funktionsprüfung einer elektronisch phasengesteuerten
Antennenanordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Funktionsprüfung
einer elektronisch phasengesteuerten Antennenanordnung, welche aus einer großen
Anzahl von Einzelstrahlern besteht, deren Ströme mit in einem digital arbeitenden
Phasenrechner ermittelten und in Strahlerelementspeichern aufbewahrten Werten mit
Hilfe von Phasenschiebern eingestellt werden, die aus von der Durchgangsleitung
abgezweigten, mit PIN-Dioden abgeschlossenen und damit je nach Schaltzustand dieser
Dioden induktiv oder kapazitiv belasteten Leitungen bestehen.
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Der umfangreiche Elektronikkomplex derartiger elektronisch gesteuerter
Radarsysteme muß regelmäßig automatisch getestet werden. Gemäß der Erfindung besteht
eine vorteilhafte Schaltung zur Prüfung des Phasenrechners und der Phasenschieber
einer phasengesteuerten Antenne darin, daß an einen Eingang eines Exklusiv-Oder-Gatters
die Durchgan gsleitung und an den zweiten Eingang dieses Exklusiv-Oder-Gatters ein
Prüfspannungsgenerator angeschlossen ist, daß am zu prüfenden Phasenschieber mittels
des Phasenrechners eine logische Null (Sperrung der PIN-Dioden) oder Eins (Durchlaß
der PIN-Dioden) und gleichzeitig am Prüfspannungsgenerator der gleiche logische
Zustand eingeschaltet ist und daß ein Diskriminatoram Ausgang des Exklusiv-Oder-Gatters
angeschlossen ist, der bei Anstehen einer logischen Eins an seinem Eingang ein das
Vorhandensein eines Fehlers angebelldes Signal abgibt.
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Eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß
als Exklusiv-Oder-Gatter in die Durchgangsleitung im Anschluß an'die abgezweigte,
mit der PIN-Diode versehene Leitung eine Schaltdiode eingeschaltet ist, und zwar
derart, daß gleiche Elektroden der PIN-Diode und der Schaltdiode verbunden sind,
daß zwischen der anderen Elektrode der Schaltdiode und dem Prüfspannungsgenerator
ein Widerstand liegt und daß der Eingang des Diskriminators zwischen der Schaltdiode
und dem Widerstand angeschlossen ist. Der Diskriminator prüft, ob die Prüfspannung
zusammenbricht (d.h. Fehler) oder nicht. Immer wenn der ohmsche Widerstand Strom
führt, ist also ein Fehler aufgetreten. Eine vorteilhafte Form des Diskriminators
besteht darin, den ohmschen Widerstand als Relaisspule auszubilden. Sobald ein Fehler
festgestellt wird, also ein Strom durch den Widerstand fließt, zieht das Relais
an und betätigt die Anzeige.
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Die Lokalisierung erfolgt in zweckmäßiger Weise dadurch, daß die einzelnen
Einzelstrahlerzeilen nach und nach vom Prüfspannungsgenerator und vom Diskriminator
abgetrennt werden, so lange bis die Fehleranzeige aufhört. Nachdem die fehlerhafte
Zeile gefunden worden ist, werden die einzelnen Einzelstrahler dieser Zeile gezogen,
so lange bis die Anzeige wiederum erlischt. Bei einer Antenne mit sehr vielen Zeilen
läßt sich auch jeder Zeile eine eigene Prüfeinheit zuordnen.
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Wird als Schaltdiode eine Zenerdiode vorgesehen, so sind die Zenerspannung
dieser Zenerdiode und die Prüfspannungen des Prüfspannungsgenerators in zweckmäßiger
Weise so bemessen, daß sich ein Fehler im Phasenrechner, d.h. dieser gibt statt
einer logischen Eins eine logische Null ab oder umgekehrt, und ein Fehler in den
jeweils geprüften PIN-Dioden auf Grund unterschiedlicher Diskriminatorspannungen
auseinanderhalten lassen. Es wird dann die Kennlinie im Durchlaßbereich und im Zenerknick
derart ausgenutzt, daß ein vollständiger Funktionstest mit der Möglichkeit, den
Fehler rasch zu orten, gegeben ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von zwei Figuren
näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt die Prinzipschaltung einer Prüfschaltung nach der Erfindung
ohne Differenzierung nach der Herkunft des Fehlers hinsichtlich Phasenrechner oder
PIN-Dioden.
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Elektronisch gesteuerte Antennen der modernen Radarsysteme bestehen
aus einer großen Anzahl von Einzelstrahlern, deren Ströme mit Hilfe von digitalen
Phasenschiebern 1 eingestellt werden. Die Phasenschieber bestehen im hier betrachteten
Fall aus Leitungsstücken parallel zur durchgehenden Leitung, die mit Schaltdioden
2 vom PIN-Typ abgeschlossen sind. Je nach Schaltzustand der Dioden 2 sind die Abzweigleitungen
induktiv oder kapazitiv belastet. Dadurch kann die Ubertragungsphase der Anordnung
in Stufen verändert werden.
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Die Einstellung der PIN-Dioden 2 wird in einem eigenen Phasenrechner
3 aus Parametern (Ablenkwinkel usw.) ermittelt. Die Ergebnisse der Phasenberechnung
werden am Ort der Einzelstrahler inElementspeichern 4 aufbewahrt und steuern die
Dioden 2 über Diodentreiber 5 an.
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Dieser umfangreiche Elektronikkomplex wird durch die Prüfschaltung
nach der Erfindung regelmäßig automatisch getestet. Dazu wird eine Scahtlung 6 verwendet,
die irgendwelche Fehler im Sinne der logischen Operation Exklusiv-Oder verknüpft
und anzeigt. Diese Schaltung ist, da es sich in Fig. 1 um eine Prinzipdarstelllmg
handelt, nur einmal dargestellt.
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Es sollen Fehler erfaßt werden, die in den PIN-Dioden 2 selbst, aber
auch im Phasenrechner 3, in den Elementspeichern 4 und den Diodentreibern 5 auftreten.
An den einen Eingang der Exklusiv-Oder-Schaltung 6 ist die vom Diodentreiber 5 kommende
Durchgangsleitung nach der Abzweigungsstelle zur PIN-Diode 2 hin
angeschlossen,
wahrend am zweiten Eingang der Exklusiv-Oder-Schaltung 6 ein Prüfspannungsgenerator
7 liegt, mit dem sich die logischen Schaltzustände Eins oder Null einschalten lassen.
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An den Ausgang der Exklusiv-Oder-Schaltung 6 ist ein Diskriminator
8 angeschlossen, der bei Anstehen einer logischen Eins an seinem Eingang ein Anzeigesignal
für das Vorhandensein eines Fehlers abgibt. Beim Test der logischen Null müssen
die PIN-Dioden- 2 gesperrt sein. Der Prüfspannungsgenerator 7 gibt ebenfalls eine
logische Null ab. Ist die Anlage in Ordnung, so steht am Diskriminator 8 auf Grund
der Exklusiv-Oder-Verknüpfung eine logische Null. Gibt der Rechner 3 fehlerhaft
eine logische Eins statt einer logischen Null ab, so steht am Diskriminator 8, da
der Prüfspannungsgenerator 7 eine Null abgibt, eine logische Eins an. Ist die PiN-Diode
2 fehlerhaft nicht gesperrt, d.h. sie weist einen Kurzschluß auf, so steht an dem
zur PIN-Diode 2 führenden Eingang der Exklusiv-Oder-Schaltung 6 eine Eins an und
der Diskriminator 8 erhält auf Grund der Exklusiv-Oder-Verknüpfung eine logische
Eins. Beim Test der logischen Eins müssen die PIN-Dioden 2 durchgeschaltet sein.
Der Prüfspannungsgenerator 7 gibt ebenfalls eine logische Eins ab. Ist die Anlage
in Ordnung, so steht am Diskriminator 8 auf Grund der Exklusiv-Oder-Verknüpfung
eine logische Null. Gibt der Rechner 3 fehlerhaft eine logische Null statt einer
logischen Eins ab, so steht am Diskriminator 8, da der Prüfspannungsgenerator 7
eine logische Eins abgibt, eine logische Eins an.
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Befindet sich die PIN-Diode-2 fehlerhaft im Sperrzustand, d.h. weist
sie Leerlaufbetrieb auf, so steht an dem zur PIN-Diode 2 führenden Eingang der Exklusiv-Oder-Schaltung
6 eine Null an und der Diskriminator 8 erhält auf Grund der Exklusiv-Oder-Verknüpfung
eine logische Eins.
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Fig. 2 zeigt eine Prüfschaltung, die die Unterscheidungsfahigkeit
hat, ob der Fehler vom Phasenrechner oder von den PIN-Dioden herstammt. Hinsichtlich
des Rechners 3, der Elementspeicher 4, der Diodentreiber 5 und der Einschaltung
der PIN-Dioden 2
stimmt diese Schaltung mit derjenigen nach Fig.
1 überein.
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Die Exklusiv-Oder-Schaltung besteht aus diskreten- Prüfdioden 9 in
der vom Diodentreiber 5 kommenden Durchgangsleitung im Anschluß an die Abzweigungsstelle
zur PIN-Diode 2. Die Prüfdioden 9 sind als Zenerdioden ausgebildet.
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Der Phasenschieber 1 erhält zum Test zwei verschiedene Parameterkombinationen
vom Phasenrechner 3. Bei dem 1?Nulltest?? müssen alle Phasenstufen auf "O" stehen
(entsprechend einer Sperrung der PIN-Dioden 2 mit z.B. + 55V), bei dem "Einstestlt
auf "1" (Dioden 2 in Durchlaß gepolt, Diodenspannung etwa -700 mV). Tritt ein Rechenfehler
auf, oder ist eine der Dioden 2 zerstört (Unterb echung oder Kurzschluß), dann soll
eine Meldung erfolgen.
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Dabei können folgende Fälle auftreten:
| Fall richtige tatsähliche Diodenspannung Fehler |
| Kombjation |
| 0 0 9 5 V intakt |
| 2 O 1 - 0,7V Rechenfehler |
| 3 0 0 O V - - Diodenfehle |
| (Kurzschluß) |
| 4 1 1 - 0,7V intakt - |
| 5 1 0 + 55 V Rechenfehler |
| 6 1 1 - 5 V Diodenfehler |
| (Leerlauf) |
Die in Fig. 2 angegebene einfache Schaltung kann die fehl-erhaften Fälle 2, 3, 5
und 6 erkennen. Sie besteht aus einer Zenerdiode 9 pro PIN-Diode 2 und einem zentralen
Diskriminator 10, der im Fehlerfall eine Spannung entsprechend einer logischen "1"
abgibt. Außerdem ist ein Widerstand11 an einen Prüfspannunssgenerator 12 angeschlossen.
Durch eine Prüfprogrammeinrichtung13 werden die Prüfspannungen am Prüfspannungsgenerator
12 sowie die passenden Ansprechschwellen des Diskriminators 10 -eingesch&i tet.
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Beim Nulltest müssen alle PIN-Dioden 2 gesperrt sein (Diodenspannung
+ 55 V). Der Prüfspannungsgenerator 12 gibt ebenfalls + 55 V auf den Widerstand
11 ab. In den vorher aufgeführten Fehlerfällen 2 und 3 ist die Spannung an den PIN-Dioden
2 aber viel kleiner. Dann schließt die in Durchlaß gepolte Zenerdiode 9 die Testspannung
kurz.
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Beim Einstest müssen alle PIN-Dioden 2 eine Spannung von etwa - 0,7
V haben. Das wird in zwei Schritten geprüft. Zunächst gibt der Prüfspannungsgenerator
12 die Spannung O V ab. Bei Unterbrechung einer PIN-Diode 2 (Fall 6) schaltet die
entsprechende Zenerdiode 9 in den Durchlaßbetrieb und gibt eine Spannung von etwa
- 5 V an den Diskriminator 10 ab.
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Im zweiten Schritt wird die Prüfspannung auf einen großen Wert entgegen
zur Sperrspannung der PIN-Dioden 2, etwa - 55 V, eingestellt. Wenn nun eine PIN-Diode
2 infolge eines Rechenfehlers gesperrt ist (+ 55 V), dann bricht die entsprechende
Zenerdiode 9 im Zenerbereich durch. Dazu muß ihre Durchbruchsspannung so gewa1lt
sein, daß im normalen Betrieb mit einer Spannung der Zenerdioden 9 von » 5 V keine
der Zenerdioden 9 leitet.
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Wird beispielsweise die Zenerspannungzu 70 V gewEllt, dann tritt im
Fehlerfall 5 eine Spannungvon - 15 V an Diskriminatoreingang auf. Bei intakter Anlage
bleibt der Diskriminatoreingang auf - 55 V.
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Die folgende Tabelle zeit die einzustellende Testspannung und die
Spannungen am Diskriminator:
| Fall Prüfspannung Di skriminatorspannung |
| 1 Nulltest + 55 V intakt |
| 2 r5 V 0 V Rechenfehler 1 |
| 3 +) + 0,7V Diodenfehler Kurzschluß |
| 4 Einstest a - 55 V intakt |
| 5 - 55 V - 15 V Rechenfehler O |
| S Einstest b O V intakt |
| 6 0 V -4,7V Diodenfehler Leerlauf |
| Test- 5 V- 5 V Normalbetrieb |
Wenn der Phasenrechner durch eigene Testmethoden geprüft wird,
kann die Prüfung auf die Fehlerfälle 2 (1" statt "O") und 5 ("0" statt "1") fortfallen.
Dann können für die Prüfdioden anstelle der Zenerdioden 2 billigere Schaltdioden
genommen werden.
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Außerdem wird der Prüfspannungsgenerator 12 einfacher.
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Der Prüfspannungsgenerator 12 kann im einfachsten Fall aus einem Satz
von mechanischen Schaltern bestehen, welche die Prüfspannungen an den Widerstand
11 anschließen. Wenn der Test vom Zentralrechner gesteuert werden soll, können entsprechende
elektronische (Transistor-) Schalter eingesetzt werden, deren Schaltzustand von
logischen Signalen (2 Bit) gesteuert wird.
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7 Patentansprüche 2 Figuren